结题报告 - 图文

南京理工大学

科研训练结题报告

——自动风门用热释电探测控制器研制

姓 名 谢志翔 王迪奇 卢玲 学 院 电子工程与光电技术学院 专 业 电子信息工程 指导教师 王宏波

2015年9月

项目名称 自动风门用热释电探测器研制 立项经费 起止时间 2014年 4 月至 2015年 10月 姓名 学号 项目分工 负责人 谢志翔 912104210330 负责原器件采集和资料查询与编写 参卢玲 加成员 王迪奇 912104210212 负责论文及相关程序遍写，总体设计 912104210319 负责查阅相关资料参与软件编写 王宏波 导师

摘 要

步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高，体积小，控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用。

本系统的主要工作是应用低功耗MSP430单片机控制步进电机的旋转方向和启停，以实现自动风门的打开和关闭。通过分析步进电机的工作原理:电脉冲数决定电机的转动圈数；电脉冲的频率决定电机转动的速度。利用MSP430单片机的四个普通I/O口对步进电机的通电顺序及通电时间进行编程控制，以实现电机的转速和转向调整。本系统由硬件电路设计和软件编程两部分组成。

此项设计看似简单，但有机的将步进电机和430单片机的相关知识结合了起来，同时将微机原理和电机学等课程从理论学习上升为实践，因此具有很强的现实意义。此项设计研究将应用于风门运动的调整来探矿等活动，合理地调整将方便于人们的生活，满足人们的各种需求。

关键词：msp430单片机；步进电机；自动风门

Abstract

Stepping motor is a common used component in mechanical and electrical control system. Because of its high accuracy, small size and flexible control, it has been widely used in intelligent instruments and position control.

The main work of this system is the application of low-power MSP430 MCU control stepper motor rotation direction and start and stop, in order to realize the automatic door opening and closing. Through the analysis of the working principle of stepping

motor, the number of the motor is determined by the number of electrical pulses, the frequency of the electric pulse determines the speed of the motor rotation. Using MSP430 microcontroller four ordinary I/O port on the stepper motor of the power sequence and power time to program control, in order to achieve motor speed and steering adjustment. The system is composed of two parts, hardware circuit design and software programming.

This design may seem simple, but the organic combination of the stepper motor and the relevant knowledge of the 430 single chip, while the computer principle and the motor theory and other courses from the theoretical study of the practice, so it has a very strong practical significance. The design and research will be applied in prospecting and other activities in the movement of the throttle to adjust, reasonable adjustment will facilitate people's life, to meet the various needs of people. Key words: MSP430MicroChip ；Stepper motor；Automatic door

目 录

一、 课题研究内容及环节????????????????6

1、 课题概述????????????????????????6 2、 实施环节????????????????????????6 二、 热释电红外探测器原理????????????????????6

1、 热释电效应原理?????????????????????6 2、 热释电传感器的工作原理?????????????????7 3、 热释电红外探测器原理??????????????????8

三、 DC24V转5V模块选型????????????????11 四、风门原理??????????????????????12

1、 原理概述?????????????????????????12 2、 具体的风门系统的工作过程?????????????????13

五、步进电机及其工作原理的介绍?????????????13

1、 步进电机的基本介绍???????????????????14

2、 步进电机的工作原理???????????????????14

3、 步进电机驱动系统介绍??????????????????16

六、基于ULN2003步进电机的驱动电路设计?????????16

1、 2、 3、

ULN2003芯片的基本介绍?????????????????16 ULN2003芯片的引脚介绍?????????????????16 步进电机驱动原理图???????????????????17

七、单片机原理概述 ??????????????????18

1、 MSP430G2553型单片机概述????????????????19 2、 MSP430G2553的引脚图??????????????????20

八、程序分析??????????????????????21 九、总结与感想??????????????????????30 参考文献与附录?????????????????????31

一、 课题研究内容及环节

1、课题概述

自动风门是矿井通风系统中的重要设备，本课题研制的热释电探测控制器用于检测要通过风门的行人，当行人通过时，人体热量产生的红外辐射经过透镜的汇聚，被红外接收器接收，经热释电信号处理芯片BISS0001处理后，送出触发信号，再由单片机根据检测结果控制风门的开启和关闭。 2、实施环节

（1）、完成热释电探测控制器总体设计。 （2）、完成DC24V转5V电源模块选型。

（3）、基于热释电处理芯片BISS0001及热释电接收元件RE200B完成探测器设计。

（4）、基于单片机完成控制器的电路设计和软件开发。 （5）、完成系统联调。 二、热释电红外探测器原理 1、热释电效应原理

当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象被称为热释电效

应。凡是有自发极化的晶体，其表面均会出现面束缚电荷。而这些面束缚电荷平时被晶体内部的自由电子和空气中附着在晶体表面的自由电荷所中和，其白发极化电矩不能表现出来，因此在常态下呈中性。

如果交变的辐射通过光敏元照射在极化晶体上，则品体的温度就会变化，晶体结构中的止负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比丁-极化程度。即：晶片的白发极化强度以及由此引起的面束缚电荷的密度均以同样频率发生周期性变化。如果面束缚电荷变化较快，自由电荷米不及中和，在垂直丁．白发极化久餐的两个端面间就会出现交变的端电压。 2热释电传感器的工作原理

热释电传感器利用的止是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极而构成响应元。当传感器监测范围内温度有△T的变化时，因热释电效应会在两个电极上产生电荷AQ，即在两电极之间产生一微弱电压AV。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷△O会跟空气中的离子结合而消失，当环境温度稳定不变时，AT=O，传感器无输出。

与所有热传感器一样，热释电传感器的：[作原理可以用3个过程来描述：由辐射转化为热的吸收过程：由热转化为温度的

加热过程：由温度转化电的测温过程。加热过程与热敏电阻、热电偶是类似的。

3、热释电红外探测器原理

主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出20米范围内人的行动。

菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。

人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长

的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.2-20um。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。

光学滤镜的主要作用是只允许波长在10μm左右的红外线(人体发出的红外线波长)通过，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。

红外感应源通常由两个串联或者并联的热释电元件组成，这两个热释电元件的电极相反，环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同的作用，使其产生的热释电效应相互抵消，输出信号接近为零。一旦有人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，由于角度不同，两片热释电元件接收到的热量不同，热释电能量也不同，不能完全抵消，经处理

电路处理后输出控制信号。

热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面电荷的现象。热释电红外传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有△T的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷△Q，即在两电极之间产生一微弱的电压△V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷△Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，△T=O，传感器无输出。

在自然界，任何高于绝对温度(-273℃)时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低有关。

人体或者体积较大的动物都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10μm左右的红外线，当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅耳透镜滤光片增强后聚集到红外感应源(热释电元件)上，红外感应源在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，进而产生△T并将△T向外围电路输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有信号输出，所以这种传感器适合检测人体或者动物的活动情况。

目前常用的热释电红外传感器型号主要有P228、LHl958、

LHI954、RE200B、KDS209、PIS209、LHI878、PD632等。热释电红外传感器通常采用3引脚金属封装，各引脚分别为电源供电端(内部开关管D极，DRAIN)、信号输出端(内部开关管S极，SOURCE)、接地端(GROUND)。

热释电红外传感器的主要工作参数有工作电压(常用的热释电红外传感器工作电压范围为3～15V)、工作波长(通常为7.5～14 μm)、源极电压(通常为0.4～1.1V，R=47kΩ)、输出信号电压(通常大于2.0V)等

三、 DC24V转5V模块选型

DC24V转为5V是一个降压过程怎么降压最好，需要结合具体情况才能确定，也就是需要知道需要的电流大小，对电压的稳定度的要求。在负载的电流恒定和电流也较小的场合，可以使用电阻降压；在负载的电流有变化，但是电流还是较小的场合，可以使用二极管降压；在负载的电流有变化，但是电流还是较小，对电压的稳定度要求较高的场合，可以使用稳压集成块7805降低成5V；在负载的电流较大的场合，考虑减小电能的损失，应该使用DC-DC的转换器。

DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。根据需求可采用三类控制。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM

转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。

三、风门原理

1、原理概述

风门系统为两道门（A门和B门），每道门采用水平对拉式开闭，风门的开闭由驱动装置通过钢丝绳牵引两扇门体实现。门扇通过滚轮吊装在上轨道中，上轨道固定在巷道顶板上。门扇的下端处在下轨道槽内。门体的开闭状态采用行程开关检测，两道风门相互闭锁。风门可实现自动控制及人工通过手摇机构开闭。风门开闭驱动是由电动机、蜗轮蜗杆减速器、摩擦轮来实现。驱动钢丝绳牵引门扇运动。通过电动机正反转实现风门的开闭。原理图如下：

1–驱动电机 2–减速器 3–摩擦轮4–导向轮 5–门体一 6-门体二 7–张紧重锤

控制系统由单片机，红外传感器，热释电探测器装置等组成。风

门的开启操作申请信号来自红外传感装置，并且通过单片机编程实现。风门的关闭靠单片机定时控制，即风门开启后延时一段时间自动关闭。两道风门相互闭锁，也就是说同一时刻只允许一道风门处于打开状态，而另一道风门无论是否有开门申请信号都处于关闭状态。

在一些特殊情况下，如自动控制系统出现故障；风门安装调试过程中；检修维护时等，也可以通过人工开闭风门。 2、具体的风门系统的工作过程

（1）当上行或下行人和车辆被红外探测器检测到申请开门时，系统均产生申请信号，A、B门申请开门信号以先得到者有效，后得到者保持。

（2）A门（或B门）申请开门信号有效时，执行开门操作，门开后延时15–30秒，此期间若还有申请信号，再延时15秒，在检测无障碍情况下，执行关门操作。A（或B）门关闭后，延时2秒，B门（或A门）执行开门操作，开门后延时30秒，在检测无障碍情况下执行关门操作。

（3）当下行车辆通过B门（或上行车辆通过A门）期间，若有上行车辆申请B门开门信号（或下行车辆申请A门开门信号）则B门（或A门）继续延时30秒，上行（或下行）车辆可进入B门（或A门），然后再执行后续程序。

四、步进电机及其工作原理的介绍

1、步进电机的基本介绍

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，再经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组中。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生改变，转子会转过一定的角（称为步距角）。

一般情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数量成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转动速度与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不被电压波动和负载变化而影响。因为步进电动机能直接接收数字量的输入，因此特别适合于微机控制。

2、步进电机的工作原理

步进电机的工作就是步进转动，它的功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或是直线位移，就是给一个电脉冲信号，电动

机转动一个角度或者前进一步。步进电机的角位移量与脉冲个数成正比，它的转速与脉冲频率成正比，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个电脉冲信号，电机则转过一个步距角。

四相步进电机工作原理图

开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子和0、3号齿对齐，同时转子1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SC、SD断开时，由于C相绕组磁力线和1、4号齿磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿就和C相绕组的磁极对齐，而0、3号齿就和A、B相绕组磁极产生错齿，2、5号齿和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，那么转子就会按照A、B、C、D的顺序旋转。

四相步进电机按照通电顺序不同，可以分为单四拍，双四拍，八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但是单四拍

的转动力矩小。八拍的步距角是单四拍和双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

因此，我们采用八拍工作方式。

3、步进电机驱动系统介绍

步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备，即步进电机驱动器。步进电机驱动系统的性能，除与电机本身的性能有关外，也在很大程度上取决于驱动器的优劣。

这次设计中采用了基于ULN2003芯片的步进电机驱动器。

五、基于ULN2003步进电机的驱动电路设计

1、ULN2003芯片的基本介绍

本系统的设计目的是为了高效控制步进电机的转动，因此需要将单片机发出的脉冲转换为步进角度，才能控制步进电机的转动，我们这里采用ULN2003为步进电机提供脉冲信号。

ULN2003的七个NPN达林顿连接晶体管是低逻辑电平数字电路（如TTL,CMOS或PMOS/NMOS）和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机和其他类似负载间的接口的理想器件。广泛用于计算机，工业和消费类产品中。所有器件有集电极开路输出和用于瞬变抑制的续流箝位二极管。ULN2003的设计和标准TTL系列兼容。

2、ULN2003芯片的引脚介绍

引脚1~7：CPU脉冲输入端，端口对应一个信号输出端。 引脚8：接地。

引脚9：该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。如果该脚接地,实际上就是达林顿管的集电极对地接通。

引脚10：脉冲信号输出端，对应7脚信号输入端。 引脚11：脉冲信号输出端，对应6脚信号输入端。 引脚12：脉冲信号输出端，对应5脚信号输入端。 引脚13：脉冲信号输出端，对应4脚信号输入端。 引脚14：脉冲信号输出端，对应3脚信号输入端。 引脚15：脉冲信号输出端，对应2脚信号输入端。 引脚16：脉冲信号输出端，对应1脚信号输入端。 它的管脚连接图与芯片内部结构图如图所示：

3、步进电机驱动原理图

从原理图中我们可以很清楚的看出MSP430G2553单片机的I/O口输出的有序的脉冲序列从ULN2003芯片的输入端输入，输入端口分别为IN1,IN2，IN3，IN4。

并从其13,14,15,16引脚输出又与步进电机的接口连接，此外，ULN2003芯片还要外接5V电源，独立供电。

六、单片机原理概述

单片机（single-chip microcomputer）是把微型计算机的主要部分都集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。由于单片机的高度集成化缩短了系统内的信号传送距离，优化了结构配置，大大提高了系统的可靠性和运行速度，同时它的指令系统又非常适合于工业控制的要求，所以单片机在工业过程及设备过程得到广泛应用。

由于MSP430G2553型单片机足以满足对步进电机的控制要求，因此下面我们详细对MSP430G2553单片机进行详细的介绍，典型单片机结构图如图。

典型单片机结构图

1、MSP430G2553型单片机概述

MSP430G2553外设：

（1）通用I/O：可独立编程；可提供输入输出和中断的任意组合；所有寻址指令可对端口寄存器进行读写访问；每个I/O具有一个可编程的上拉/下拉电阻；某些器件或引脚具有触摸按键模块。

（2）16位Timer_A2：两个捕获/比较寄存器；丰富的中断功能。

（3）WDT+看门狗定时器。

（4）欠压复位：可在上电和断电期间提供正确的复位信号；功耗包含于MCU最低功耗时所消耗的电流之中。

（5）串行通信：支持I2C和SPI的USI以及UART的USCI。 （6）Comparator_A：可设定反相和同相输入；可选的RC输出滤波器；可直接输出至Timer_A2捕获输入；具有中断能力。

2、MSP430G2553的引脚图

本控制系统主要作用是通过MSP430G2553单片机来控制步进电机的正反方向的旋转，而硬件部分是由MSP430G2553单片机、单片机驱动器ULN2003、步进电机、红外传感器、热释电处理芯片BISS0001之间进行合理的连接。

七、程序分析

系统初始化

#include

unsigned char MotorStep=0; //步进马达步序,将在Switch包含的语句中得到体现

unsigned int MotorDelay，TIM,CT;//初始变量的赋值 unsigned char key1=1，key2=1;// 初始变量的赋值 #define speed 4 // 调整速度 数值不要设的太低 低了会引起震动

void SetMotorzheng();//子函数设定电机正传

void SetMotorfan();//子函数设定电机反转 进入主函数： void main(void) {

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;// Stop WDT（关闭看门狗） P1DIR |= 0x17;//将P1口P1.3设为输入，其他P1口设为输出状态

P1REN |= 0x08; //由于P1.3按键的高电平没有达到要求，设置寄存器的P1.3位为1，即启动上拉电阻，满足高电平要求 P2DIR |= 0x00;// 将P2口设为输入，目的将P2.0设为输入 P2REN |= 0x01; //通过寄存器，将P2.0位设置为1，启动上拉电阻功能

CCTL0 = CCIE;// CCR0 interrupt enabled（让中断使能） CCR0 = 5000;

TACTL = TASSEL_2 + MC_1;// SMCLK, contmode _BIS_SR(GIE);// Enter LPM0 w/ interrupt MotorStep=0;确认一下MotorStep确实给低电平

重复扫描信号：

while(1)//重复扫描是否有信号被接收 {

k1=P1IN&0x08;

//将P1口输入的值与0X08相与，其实就是P1.3与0X08相与，判断P1.3是否有信号输入，若有则P1.3为低电平，即相与之后k1为低电平

k2=P2IN&0x01;k2同上 if(k1==0)//若key1为低电平 {

SetMotorzheng();//就调用SetMotorzheng ()子函数 }

else if(k2==0) 若k2为低电平 {

SetMotorfan();//就调用SetMotorfan()子函数 } } }

调用子函数，完成电机转动功能： void SetMotorzhen() {

switch(MotorStep) {

case 0://在此条件下，将A相设为低电平，其他B,C,D为高电平

if(TIM)//利用Timer A0 interrupt service routine中断程序，可以调整单片机I/O口是否与驱动器的IN导通，即完成调速的功能

{

P1OUT = 0x1A; //将A相设为低电平，其他B,C,D为高电平 MotorStep = 1;//下次调用子函数时，进入Case 1 TIM=0;//使TIM为0，在中断程序中继续判断，下一次变为1时执行IF语句

}

break;跳出Switch语句 case 1:// AB if(TIM) {

P1OUT = 0x14; MotorStep = 2; TIM=0; } break; case 2://B if(TIM) {

P1OUT = 0x15;

MotorStep = 3; TIM=0; } break; case 3://BC if(TIM) {

P1OUT = 0x11; MotorStep = 4; TIM=0; } break; case 4: //C if(TIM) {

P1OUT = 0x13; MotorStep = 5; TIM=0; } break; case 5: //CD if(TIM)

{

P1OUT = 0x03; MotorStep = 6; TIM=0; } break; case 6: //D if(TIM) {

P1OUT = 0x07; MotorStep = 7; TIM=0; } break; case 7://DA if(TIM) {

P1OUT = 0x06; MotorStep = 0; TIM=0; } break;

} }

void SetMotorfan()//反转与正传原理相同，只是颠倒了通电顺序。

{

switch(MotorStep) { case 7: if(TIM) { P1OUT = 0x1A; MotorStep = 0; TIM=0; }

break; case 6:// AB if(TIM)

{ P1OUT = 0x14; MotorStep = 7; TIM=0; }

break; case 5://B if(TIM) {

P1OUT = 0x15; MotorStep = 6; TIM=0; }

break; case 4://BC

if(TIM) {

P1OUT = 0x11; MotorStep = 5; TIM=0; }

break;

case 3://C if(TIM) {

P1OUT = 0x13; MotorStep = 4;

TIM=0; }

break;

case 2://CD if(TIM) {

P1OUT = 0x03; MotorStep = 3; TIM=0; }

break;

case 1://D if(TIM) {

P1OUT = 0x07; MotorStep = 2; TIM=0; } break; case 0://DA if(TIM)

{

P1OUT = 0x06; MotorStep = 1; TIM=0; }

break;

}

总之，通过不停地扫描信号是否被接收，若信号被接收就调用子函数void SetMotorzheng()或SetMotorfan()，即可完成四相步进电机的八拍方式的转动。

定时器中断：

#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR __interrupt void Timer_A (void) {

// Toggle P1.0 //CCR0 = 50000;// Add Offset to CCR0

CT++;//CT数值加一。

if(CT>=speed)//若CT数值大于已设定的Speed数值，则执行IF语句。

{

TIM=1;//将TIM赋值为1，即执行在Switch语句中IF

的功能，也就是说完成调速的功能。

CT=0;//将CT重新复制为0，继续在中断程序中判断。

} }

八、总结与感想

持续一年的的科研训练终于圆满完成了。首先感谢王宏波老师对我们的耐心指导和关心，给我们调整思路，指引研究方向，让我们在实验研究中少走了许多弯路。而且特别要感谢学姐在此次实验中对我们的帮助，特别是在msp430单片机方面的教导。

在实验中，我们遇到了挺多问题，例如I/O端口的输入输出设置，步进电机的转速设置过低将会出现震动，按键的高电平只有0.1V达不到要求，必须设置内部寄存器，利用上拉电阻将其电位拉至高电平，达到设置的要求。最终，还是得通过c++语言的编写使得电机进行旋转，从而满足我们的实验要求。

在编程中，我们遇到很多的问题，在实验中，我们遇到很多的困难，但是，在王老师的悉心教导下，我们静下心来去思考，最终我们仍旧能解决问题，问题是不会解决完的，留给我们的挑战是不会结束的，困难反而是我们前进的动力，反而更加能促使我们获得知识，取得进步。科研训练对于我们来说，不仅仅只是一次普普通通的实验，而是使我们学会全面地认识，处理某项任务，从搜集信息到筛选信息，从明确方向到开始着手执行，从发现问题到解决问题，中间的每一个环节我们都得到了锻炼。所以，这是在我们大学上的一堂非常重要的课，一堂与社会接轨的课。

参考文献

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附录一 英文原文

附录二 中文翻译

步进电机

步进电机是一种把电脉冲转换成角位移的执行器件。通俗的，当驱动程序收到一个步进脉冲信号，将驱动步进电机旋转一个固定的角度（俗称步进角）。因此可以通过控制脉冲个数来控制角位移，这样可以准确确定转动的具体位置。也可以通过控制脉冲的频率来控制电机的旋转速度，对电机实现对转速的控制。

步进电机的种类：

步进电机的种类分为三种，永磁式，反应式，混合式。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一步7.5度。反应式一般情况有三相，实现大转矩输出，步进角是1.5度一般情况，但噪声和振动很大。

在欧洲和美洲将近八十个国家已经被淘汰，混合式是综合了永磁式和反应式的优点，它有两相和五相，其中两相的步距角是1.8度，五相的步距角是0.72度，它是目前使用的最广泛的步进电机。

步进电机允许的最高表面温度：

步进电机的温度过高，首先会出现磁性材料退磁现象，导致转矩降低甚至失步，步进电机表面允许的最高温度取决于磁性材料的退磁点，磁性材料退磁点一般在130度以上，有些材料甚至高达200之多。所以步进电机的工作温度在80~90度是正常的。

步进电机精度是多少？是否累积？

一般步进电机的精度为步进角的3%~5%，且不积累。 如何确定步进电机驱动器直流电源： A电压确定：

混合式步进电机驱动器的电源电压范围较广，电源电压通常根据步进电机的转速和相应来要求，如果要求快速的运行和较高的响应，就用高电压。但还是应该注意电源电压的峰值不能超过驱动器的最大输入电压，否则会损坏驱动器。

B电流确定：

电源电流是根据输出相电流确定的。如果采用线性电源，电源电流通常取输出相电流的1.1~1.3倍。如果采用开关电源，电源电流通常为输出相电流的1.5~2倍。

步进电机的主要特性：

当步进电机关机时要确定没有脉冲信号输入，当电机运行时，加入适当的脉冲信号，电机会转过一定的角度。频率决定转速；龙式步进电机的步距角是7.5度，旋转360度，需要48个脉冲才能完成；快速启动和停止是步进电机的优良特性之一；想要改变电机的旋转方向，只要改变脉冲的通电顺序方向。

因此目前的打印机，绘图仪，机器人以步进电机最为动力的核心部分。

步进电机的工作原理

步进电机的转动是一步一步进行的，所以我们称之为步进电机。详细的说，当步进电机的驱动器接收到一个脉冲信号，步进电机将按照被设置的转动方向和转动的角度进行转动。

所以，步进电机是一种将脉冲信号转换成角位移或者线位移的器件。用户可以通过控制脉冲数从而控制角位移，从而达到准确定位的目的。还可以通过控制脉冲的频率从而控制电机的转速和加速度，又达到调节转速的目的。

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